Автотрансформаторы. Отличие от силового трансформатора. Какими мощностями характеризуется автотрансформатор. Режимы работы автотрансформаторов

В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансфор­маторы большой мощности.

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС (рис. 2.34). Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и О - общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток Iв который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I₀. Ток нагрузки вторичной обмотки 1_С складывается из тока I_в, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I₀, созданного магнитной связью этих обмоток: 1_С=1_В +I₀.

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.

- трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную. U_CI_B = = S_э — электрическая мощность,передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации. В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора. , а трансформаторная мощность — типовой мощностью .

Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

Обмотки и магнитопроводавтотрансформатора рассчитываются на типовуюмощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на S_тип нельзя.

Третьяобмотка автотрансформатора (обмотка НН ) используется для питаниянагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности(генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаяхслужитлишь для компенсации токов третьих гармоник.

Рассмотримрежимы работы трехобмоточных автотрансформаторов с обмотками ВН, СН и НН(рис. 2.35).

В автотрансформаторных режимах (рис. 2.35, а, б) возможна передача номинальной мощности S_HOM из обмотки ВН в обмотку СН или

наоборот. Вобоих режимах в общей обмотке проходит разность токов Ic-Iв, а поэтому последовательная и общая обмотки загружены типовоймощностью, что допустимо.

Рис.2.35.Распределение токов в обмотках автотрансформатора в различных режимах:, б - автотрансформаторные режимы; в, г - трансформаторные режимы; д, е - комбинированные режимы

В трансформаторных режимах (рис. 2.35, в,.г) возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на S_ТИП. Условие допустимости режима НН-ВН или НН-СН. Если происходит трансформация S_Tип из НН в СН, то общая обмотка загружена такой же мощностью и дополнительная передача мощности из ВН в СН невозможна, хотя последовательная обмотка не загружена.

В трансформаторном режиме передачи мощности Sтип из обмотки НН в ВН (рис. 2.35, г) общая и последовательная обмотки загружены не полностью, поэтому возможно дополнительно передать из обмотки СН в ВН некоторую мощность.

В комбинированном режиме передачи мощности автотрансформаторным путем ВН-СН и трансформаторным путем НН-СН (рис.2.35,д) ток в последовательной обмотке.

где Р_В, Q_b — активная и реактивная мощности, передаваемые из ВН в СН. Нагрузка последовательной обмотки

при передаче номинальной мощности последовательная обмотка не будет перегружена.

В общей обмотке токи автотрансформаторного и трансформаторного режимов направлены одинаково

Нагрузка общей обмотки

Таким образом, комбинированный режим НН и СН в обмотку ВН ограничивается загрузкой общей обмотки и может быть допущен при условии

В общей обмотке ток автотрансформаторного режима направлен встречно току трансформаторного режима, поэтому загрузка обмотки значительно меньше допустимой и в пределе может быть равна нулю. В последовательной обмотке токи складываются, что может вызвать ее перегрузку. Этот режим ограничивается загрузкой последовательной обмотки

Возможны и другие комбинированные режимы: передача мощности из обмотки СН в обмотки НН и ВН или работа в понижающем режиме при передаче мощности из обмотки ВН в обмотки СН и НН.

Во всех случаях надо контролировать загрузку обмоток автотрансфор­матора. Ток в последовательной обмотке может контролироваться транс­форматором тока ТА1, так как I_п=I _В. Трансформатор тока ТА2 контролирует ток на выводе обмотки СН, а для контроля тока в общей обмотке необходим трансформатор тока АО, встроенный непосредственно в эту обмотку. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Преимущества автотрансформаторов:меньший расход меди, стали, изоляционных материалов; меньшая масса, а следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы; меньшие потери и больший КПД; более легкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов: необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ; сложность регулирования напряжения; опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.

15.Гашение дуги в аппаратах до 1кВ

Вотключающих аппаратах необходимо не только разомкнуть контакты, но и погасить возникшую между ними дугу.

В цепях переменного тока ток в дуге каждый полупериод проходит через нуль (рис. 4.12), в эти моменты дуга гаснет самопроизвольно, но в следующий полупериод она может возникнуть вновь. Длительность бестоковой паузы t_п невелика (от десятков до нескольких сотен микросекунды), но играет важную роль в гашении дуги. Если разомкнуть контакты в бестоковую паузу и развести их с достаточной скоростью на такое расстояние, чтобы не произошел электрический пробой, то цепь будет отключена очень быстро. Во время бестоковой паузы интенсивность ионизации сильно падает, так как не происходит термоионизации. В коммутационных аппаратах, кроме того, принимаются искусственные меры охлаждения дугового пространства и уменьшения числа заряженных частиц. Эти процессы деионизации приводят к постепенному увеличению электрической прочности промежутка и_пр (рис. 4.13,6).

Резкое увеличение электрической прочности промежутка после перехода тока через нуль происходит главным образом за счет увеличения про­чности околокатодного пространства. Одновременно растет восстанавливающееся напряжение и_в. Если в любой момент и_пр > и_в промежуток не будет пробит, дуга не загорится вновь после перехода тока через нуль. Задача гашения дуги сводится к созданию таких условий, чтобы электрическая прочность промежутка между контактами u_пр была больше напряжения между ними и_в. Процесс нарастания напряжения между контактами отключаемого ап­парата может носить различный характер в зависимости от параметров коммутируемой цепи. Если отключается цепь с преобладанием активного сопротивления, то напряжение восстанавливается по апериодическому закону; если в цепи преобладает индуктивное сопротивление, то возникают колебания, частоты которых зависят от соотношения емкости и индуктивности цепи. Для облегчения условий гашения дуги в цепь отключаемого тока вводятся активные сопротивления, тогда характер восстановления напряжения будет апериодическим (рис. 4.13,6).

В отключающих аппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы гашения дуги.

Удлинение дуги при быстром расхождении контактов: чем длиннее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее существования. Если напряжение источника окажется меньше, то дуга гаснет.

Деление длинной дуги на ряд коротких (рис. 4.14,а). Если длинную дугу, возникшую при размыкании контактов, затянуть в дугогасительную решетку из металлических пластин, то она разделится на п коротких дуг. Каждая короткая дуга будет иметь свое катодное и анодное падения напряжения U₃. Дуга гаснет, если

здесь U — напряжение сети; Uэ— сумма катодного и анодного падений на­пряжения (20 — 25 В в дуге постоянного тока).

Дугу переменного тока также можно разделить на n коротких дуг. В момент прохождения тока через нуль околокатодное пространство мгновенно приобретает электрическую прочность 150-250 В. Дуга гаснет, если U < (150-250) n.

Гашение дуги в узких щелях. Если дуга горит в узкой щели, образованной дугостойким материалом, то благодаря соприкосновению с холодными поверхностями происходит интенсивное охлаждение и диф­фузия заряженных частиц в окружающую среду. Это приводит к быстрой деионизации и гашению дуги.

Движение дуги в магнитном поле. Электрическая дуга может рассматриваться как проводник с током. Если дуга находится в магнитном поле, то на нее действует сила, определяемая по правилу левой руки. Если создать магнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она получит поступательное движение и будет затянута внутрь щели дугогасительной камеры (рис. 4.14,6).

В радиальном магнитном поле дуга получит вращательное движение (рис. 4.14, в). Магнитное поле может быть создано постоянными магнитами, специальными катушками или самим контуром токоведущих частей.

Быстрое вращение и перемещение дуги способствует ее охлаждению и деионизации.

Последние два способа гашения дуги (в узких щелях и в магнитном по­ле) применяются также в отключающих аппаратах напряжением выше 1 кВ.